滑坡稳定性与安全系数取值的相关性

李晨东，张 扬，陈邦华，叶兴龙 四川省林业勘察设计研究院，四川 成都 610081

地质灾害中，滑坡灾害已经成为了我国地质灾害防治的主要对象，其中稳定性分析是滑坡研究的主要任务之一。此外，边坡治理投资大小以及稳定性的重要评价标准——安全系数，其取值是否合理，会对工程的整体经济效益和安全性产生直接的影响。当然安全系数的取值还是要根据具体的情况进行计算来确定。除此之外，安全系数还受到极限平衡法假设条件的影响，因此安全系数的取值相关性也应该有严格的标准。本文便是针对三板溪水电站进水口滑坡和水布垭水电站大岩淌滑坡，分别采用刚体极限平衡法、块体单元法、有限单元法对稳定安全系数和条间推力分布曲线进行分析和比较，以便达到研究各种方法的差异和计算精度以及各种方法稳定安全系数的取值标准的目的。

1 三板溪滑坡稳定性分析

1.1 基本概况

三板溪滑坡体主要在电站进水口上游右侧的大支沟内存在，其支沟下游边坡为陡崖形式，上游则为顺层坡面，滑坡体的高程在375.0～657.0 米之间，厚度为5.0～40.0 米，平均厚度为15.20 米，约44 万立方米。正常的水库蓄水位约6 万立方米，正常的蓄水位以上部分约38万立方米。综合来看，滑坡体构造比较复杂，巨型块石、碎石等主要在高程为592.0 米以下分布。高程592.0～613.0 米为碎石夹粘土，块径约为0.5～1.0 米，含量约为50%～60%。凝灰质粉细砂岩是构成基岩的主要成分，滑坡体与基岩之间的滑带为灰黄色可塑至软塑状粘土，厚度约为0.5 米。总体来说，三板溪滑坡体较为狭长单薄，滑面结构够成复杂。在自然地状态下，滑坡地下水位常处于滑动面以下，可以不考虑地下水对其的作用。表1 为滑坡物理力学性质参数。

表1 三板溪滑坡岩土体力学参数指标

1.2 刚体的极限平衡法

通常情况下，主滑面滑坡体可具体分为二十个条块(图1 所示)。对滑坡体稳定性进行分析时，一般应用改进剩余推力法、剩余推力法、以及Sarma 法等。运用上述几种计算方法，得出计算结果，发现剩余推力法得出的安全系数(1.10458)要小于Sarma 法得出的安全系数(1.10807)。所以在针对三板溪滑坡的安全系数应用时应对其坡度较陡问题进行充分考虑，由于剩余推力法计算时会遇到剪切力大于极限抗剪强度的问题，因而会使得的计算结果偏小。再者，Sarma 法计算得出的安全系数与改进剩推力法基本接近，略偏高，这也就说明改进剩余推力法较剩余推力法来说以更为先进，能够对极限抗剪强度问题充分考虑后在进行计算，因而该种计算方式的结果更趋于合理化。

图1 天然状态下主滑面S0 断面条分

1.3 块体单元法

对滑坡稳定性进行块体单元法分析时，通常采用的滑坡稳定性判断方法是“强度储备安全系数法”。一是滑坡体比较稳定时，其位移应在允许值之内，确保某处屈服区稳定性，并且不会存在连续的屈服区。二是滑坡体不稳定时，位移量过大或是未收敛，则屈服区呈现不断扩大的趋势。可以通过建立三板溪滑坡体稳定分析块体单元法计算模型进行滑坡的稳定性系数研究，模型中结点、离散平面、块体的数量分别为305 个、94 个、20 个。通过相关计算(运用块体单元法)得出滑坡稳定性安全系数为1.10。

1.4 有限单元法

对滑坡稳定性进行有限单元法分析时，通常应用的滑坡稳定性判断方法仍为“强度储备安全系数法”，其主要的优势是可以减小有限元优化网格模型中出现的误差，并且可以利用非线性有限元迭代计算进行折减后强度参数计算。倘若滑坡屈服区域出现连续并出现滑动通道时，说明滑坡此时已失去稳定性，极易出现滑坡灾害;当然，倘若滑坡屈服区域未出现连续滑动通道，说明滑坡仍比较稳定，不会出现滑坡灾害。同时，可以通过建立三板溪滑坡体稳定分析块体单元法计算模型进行滑坡的稳定性系数研究，以减小误差。优化的离散结点、四边形单元数量分别为3243 个、3096 个。通过相关计算(运用有限单元法)得出滑坡稳定性安全系数为1.03。

1.5 各种方法的比较

通过以上的计算方法可以发现计算得出的安全系数最小的方法是有限单元法，而刚体极限平衡法与块体单元法得出的安全系数基本相似。采用块体单元法、剩余推力法以及Sarma 法得出的条间水平推力曲线(图二所示)很相似，特别是条间水平推力最小的是有限单元法;条间水平推力曲线最为相近的是Sarma 法，造成该种现象出现的原因主要是刚体极限平衡法与块体单元法在理论基础上具有相似性。有限单元法注重分析滑坡体弹性区以及屈服区，这就使得条分面上的屈服性和弹性不完全，也就意味着可以较为精准的得到计算结果。综上所述可得有限单元法得到的安全系数明显低于刚体极限平衡法，而刚体极限平衡法与块体单元法的允许安全系数则与取得的结果几乎接近。

图2 三板溪滑坡体条间水平推力分布曲线

2 大岩淌滑坡稳定性分析

2.1 基本概况

大岩淌滑坡上部距离坝轴线约800 多米，距离最大的挑距冲坑约60 米。该滑坡的滑坡原主要由两部分组成，一是主滑体。二是东、西两级的次滑体，滑坡的结构组成比较复杂。调查相关资料得知，此滑坡的总面积约为0.196 平方千米，厚度为25～40 米，总体积约为588 万立方米。该滑坡的主滑体呈狭长带状在平面上分布，特点是厚度较大，较为平缓，滑坡体相对高差约为225 米，因此势能较高。

2.2 刚体极限平衡法

将该滑坡的主滑面滑坡体具体分为二十个条块(图3 所示)。对滑坡体稳定性进行分析，改进剩余推力法计算得出的安全系数值为1.41692;剩余推力法计算得出的安全系数值为1.42953;Sarma 法计算得出的安全系数值为1.41872。

图3 大岩淌滑坡B-B 剖面的条分情况

2.3 块体单元法

可以通过建立大岩淌滑坡体稳定分析块体单元法计算模型进行滑坡的稳定性系数研究，其中结点、离散平面、块体的数量分别为334 个、103 个、20 个。通过相关计算(运用块体单元法)得出滑坡稳定性安全系数为1.47。

2.4 有限单元法

计算网格最优化后，离散结点、四边形单元数量分别为3639 个、3483 个。通过相关计算(运用有限单元法)得出滑坡稳定性安全系数为1.31。

2.5 各种方法的比较

较三板溪滑坡来说，刚体极限平衡法与块体单元法得出的安全系数基本相似，而计算得出的安全系数最小的方法是有限单元法。Sarma法、有限单元法、块体单元法、剩余推力法计算的条块水平推力大小的曲线分布也与三板溪工程的计算结果几乎相同。

3 结语

综上所述，本文通过对三板溪滑坡及大岩淌滑坡的稳定性进行了分析计算，分别是利用刚体极限平衡法、块体单元法、有限单元法等方法进行计算，可以得到相应的安全系数。计算得出的安全系数最小的方法是有限单元法，而刚体极限平衡法与块体单元法得出的安全系数基本相似。并且相应的力学模型、分析方法、以及参数选取应与相关的安全系数值相统一。运用安全系数对滑坡稳定性进行系统分析，从而更好地采取积极措施降低滑坡对人们生命财产带来的破坏影响。

［1］徐青，陈士军，陈胜宏.滑坡稳定性分析与安全系数取值研究［J］.中国地质灾害与防治学报，2010，03:58-62.

［2］.对《关于滑坡稳定性在滑坡安全系数取值中的作用讨论》—文讨论［J］.中国地质灾害与防治学报，2009，03:154.

［3］方玉树.关于滑坡稳定性在滑坡安全系数取值中的作用讨论［J］.中国地质灾害与防治学报，2008，03:149-153.